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    生物技術前沿一周縱覽(2018年11月23日)

    2018-11-23 17:31 | 作者: 基因農業網 | 標簽: 生物技術前沿一周縱覽(2018年11月23日)

     高溫高光下水稻維持基因組穩定性和ROS 動態平衡的機制

     

    高溫和高光是農業生產中常見的非生物脅迫,現已成為水稻高產、穩產和優質的重要限制因素。研究人員以高溫高光為條件對日本晴突變體庫進行篩選,得到一個對高溫高光敏感的突變體 ls1 local lesions 1)。在高溫高光脅迫下,該突變體具有葉片局部細胞凋亡和葉片萎縮的表型。進一步研究發現,高溫高光條件下, ls1 突變體葉綠素含量和相對含水量顯著低于野生型;突變體中葉肉細胞,氣孔和葉綠體結構發生明顯的變化。圖位克隆結果表明,ls1 突變基因編碼水稻核糖核酸酶 H2 大亞基 A (RNaseH2A),RNaseH2 在基因組中特異地降解RNA/DNA 雜合雙鏈中的 RNA 鏈,參與 DNA 損傷修復。TUNEL 實驗和彗星實驗表明,該基因的突變造成突變體中嚴重的 DNA 損傷,突變體體內積累過量的 ROS,引起葉片局部損傷的表型。該研究還發現,外施還原劑可以顯著緩解ls1 突變體的表型。上述研究結果表明, LS1 在維持水稻基因組穩定及 ROS 動態平衡中起重要作用。(New Phytologist 

     

     

    科學家揭示植物免疫信號通路中從受體蛋白到免疫開關分子的轉導機制

     

    隨著全球人口快速增長,許多國家尤其是發展中國家正面臨著嚴重的糧食危機。研究人員發現了一種水稻鳥苷酸交換因子(GEF)蛋白OsSPK1,是抗性蛋白Pit直接調控的下游靶分子。同時OsSPK1 具有的促進小G蛋白GDP/GTP 交換能力可直接激活小G蛋白OsRac1,從而進一步激活水稻免疫反應,實現對稻瘟病菌的抵抗。用稻瘟病菌處理OsSPK1 knockdown 植株,水稻表現出明顯的感病癥狀,表明OsSPK1 正調控Pit介導的水稻免疫反應。此外,該研究還發現OsSPK1 正調控另一個水稻R蛋白RGA4介導的免疫反應。研究推斷“R蛋白-OsSPK1-OsRac1”組成的分子模塊可能在植物抗性蛋白所介導的免疫反應中以相似的機制發揮免疫功能。該研究首次解釋了R蛋白如何通過其直接下游靶分子觸發ROS產生和局部細胞死亡等免疫反應。本研究為更加完善地了解植物免疫的分子機制提供了新的證據。(PNAS 

     

     

    紫茶中花青素積累的分子機制

     

    花青素是植物體內的一種次生代謝產物,與植物體內的應激反應和衰老延遲等有關。研究人員結合代謝分析和轉錄組學分析,發現茶中的紫色表型與轉錄因子 CsMYB75 phiF)類谷胱甘肽轉移酶 CsGSTF1 的協同作用相關,CsMYB75 通過激活茶葉中黃酮類通路的總體通量誘導紫色表型。此外,該研究還發現,CsMYB75 導致 ZJ 茶中花青素的選擇性上調,但是兒茶素含量沒有上調,這種選擇性調節是通過 CsGSTF1 實現的。研究還還闡明了花青素在植物應激反應中的潛在重要性?;ㄇ嗨乜梢詤⑴c氧化還原穩態相關的幾種基因的轉錄調控,抑制導致氧化損傷和細胞死亡的途徑,并且花青素還與磷酸鹽代謝以及光合作用相關基因的上調有關。(Plant Journal 

     

     

    細胞分裂素調控染色質開放性的新機制

     

    植物協調生長發育與感應外界環境刺激需要細胞間傳遞信號來實現。為了研究 CK 如何影響染色質,作者首先通過 FANS-ATAC-seq RNA-seq CK 處理的擬南芥根組織進行測序,通過分析染色質開放變化區域(differentially accessible regions, DARs)及差異表達基因(DEGs),發現 DARs 位于 CK 調控基因附近。研究人員同時進行了 CHIP-seq 的分析,發現B ARR  cis-regulatory elements (CREs) 與所得的 DARs 數據有很大程度的重疊,暗示B ARR 主要參與 CK 誘導的染色質開放性調控。作者在B ARR 突變體中進行 ATAC-seq 分析,發現多數 CK 誘導的 DAR 在突變體中不能被檢測,進一步證明B ARR CK 誘導的染色質開放性改變過程中是必需的。(Nature Plants 

     

     

    油菜根系響應缺氮的機制

     

    油菜是世界上重要的油料作物。研究人員發現,在缺氮條件下,油菜的主根和側根均顯著變長、根系變軟、根尖數增加并且根尖伸長區細胞增大。此外,該研究還發現,缺氮導致油菜根分生組織區的細胞數增加,并且伸長區細胞顯著增大,這表明缺氮條件下的根系生長可能是由細胞分裂和擴增的刺激引起的。該研究進一步從短期和長期缺氮的植物根中分別鑒定出171755個差異表達的蛋白質 DEPdifferentially expressed proteins),其中參與細胞壁生物發生的蛋白質豐度大大增強,如XTHxyloglucan endotransglucosylase/hydrolase)和EXPexpansins)蛋白。該研究還在轉基因擬南芥中驗證了 BnaXTH31 的功能,發現該基因在缺氮脅迫下可以促進根系生長。該研究還發現,缺氮根系中過氧化物酶含量及活性均顯著下調,該研究推測這可能會減少質外體 H2O2 含量,促進根系生長,并產生氧自由基以切割細胞壁聚合物,從而促進細胞壁松動和根生長。過氧化物酶的下調還通過在低N條件下抑制木質素生物合成來降低根的堅固性,導致根系柔軟性增加。研究揭示了油菜根系適應缺氮的潛在分子機制,該研究對提高氮利用效率和油菜籽產量提供了新的見解。(Plant Physiology 

     

     

    植物調控生長素信號應答高鹽脅迫的新機制

     

    全球范圍內土壤鹽漬化日趨嚴重,威脅作物生長、發育、產量及其品質。研究人員發現,鹽脅迫下,PLDα1 PLDδ 同時被激活,水解底物PC/PE(磷脂酰膽堿/磷脂酰乙醇氨)并產生 PA,PA 結合并激活蛋白激酶 PIDPINOID;AGCVIII蛋白家族),增強其磷酸化 PIN2(生長素輸出轉運蛋白)活性,提高了 PIN2 外運生長素能力,從而促進了生長素在根尖的再分布,維持植物生長以抵御鹽脅迫。(The Plant Cell 

     

     

    菰米具備抗氧化功能

     

    研究人員以中國菰米和北美菰米為研究對象,利用基于UHPLC-QqQ-MS代謝組學技術,從兩種菰米中鑒定出672種代謝物以及357種差異代謝物。研究發現,兩種菰米差異代謝物主要在“苯丙烷生物合成”路徑上富集。利用大孔樹脂柱層析從中國菰米提取物中純化富集到抗氧化有效成分,從中鑒定出14種酚酸及其衍生物和20種黃酮類化合物,并對中國菰米典型分布區域的荊州菰米和淮安菰米中的酚酸和黃酮類化合物進行了定量分析。結果表明,與酚酸類化合物相比,中國菰米黃酮類化合物對其抗氧化活性的貢獻更大。(Food Chemistry

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